[发明专利]一种基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法，包括主动监测过程和被动监测过程。本发明利用压电陶瓷传感器监测到的电信号，经过一系列的分析处理，能够从中有效地识别出水工混凝土的损伤，特别是裂缝损伤，即能准确判定有无损伤的发生，以及损伤发生的位置和损伤的程度。本发明能够在大坝安全监测系统中运用压电陶瓷监测技术来进行水工混凝土的损伤识别，其体积小，灵敏度高，响应速度快，能够在安全监测系统中得到较大的应用。

技术领域

本发明涉及水工混凝土结构损伤识别方法，特别是涉及一种基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法。

背景技术

水工混凝土结构由于受自重荷载、静水压力、风荷载、温度变化，周围岩体的岩体内力，还要承受极端荷载，诸如地震、特大洪水、干旱等不利荷载，同时受材料性能劣化，设计、施工及管理方面缺陷影响，会不可避免地产生损伤，为保证水工混凝土结构健康运行，对其状态进行损伤识别至关重要。压电陶瓷成本低、灵敏度高，在结构损伤探测和识别中使用广泛。

对于混凝土大坝来说，其损伤的主要表现形式是裂缝，混凝土的早期裂缝难以被发现，若忽视微小裂缝任其发展，在水压力、物理化学侵蚀和环境的影响下，它们有可能逐步扩展形成宏观裂缝。若混凝土大坝出现宏观裂缝，极易发生应力集中现象，进而使该部位的结构发生破坏，最终可能使整个结构毁坏。因此，我们需要在水工混凝土结构未出现大面积的损伤或者损伤情况很小时，及时地对其健康状况进行反馈并提出合理化意见，防患于未然。

选择合适的监测方法对大坝等水工混凝土结构进行健康监测，尽早识别结构损伤，对保证结构正常运行、减小经济社会效益损失以及保障人民生命财产安全都具有重要意义。

自压电效应发现以来，利用压电陶瓷制成传感器，对结构进行损伤监测在各领域都得到广泛应用。压电陶瓷集感知和驱动功能于一体、体积小、反应灵敏、频响范围宽、价格低廉、易剪裁，将其制成传感器用于结构损伤监测不仅可以识别结构局部损伤，还可以对结构整体损伤进行识别。同时，还可以对结构进行长期、连续、实时监测。因此，利用压电陶瓷传感技术识别水工混凝土结构的损伤具有重要的意义。

然而，现有技术中采集到的信号难免含有噪声，使得响应数据的信噪比小，而含有特性参数的有用信号往往淹没在噪声里，因此需要采用一定的信号降噪方法和信号分析方法，将反应结构安全状态的有用信息提取出来。此外，由于水工结构一般体型巨大，自由度高，在模态参数识别的过程中就会存在虚假模态的问题，因此需要对上述问题进行改进，使得损伤识别方法具有实际应用价值。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中存在的缺陷的基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的基于压电陶瓷的水工混凝土结构损伤识别方法，包括主动监测过程和被动监测过程，分别为：

主动监测过程包括以下步骤：

S11：利用滑动平均法将压电陶瓷传感器实测信号y(t)进行趋势项消除；其中，t为时间信号。

S12：利用改进经验模态分解法进行信号降噪，获得近基线、无噪声叠加的预处理信号；

S13：利用小波包对步骤S12得到的信号进行分解；

S14：求出信号的小波包能量谱；

S15：建立损伤指示指标，以此对结构损伤程度进行识别、对损伤进行定位；

被动监测过程包括以下步骤：

S21：利用滑动平均法将压电陶瓷传感器实测信号进行趋势项消除；

S22：利用改进经验模态分解法进行信号降噪，获得近基线、无噪声叠加的预处理信号；